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自21世紀初以來，汽車照明應用在數量、種類和復雜性方面都有所增長，大功率LED的出現加速了這一趨勢。從前照燈到儀表盤照明裝置和車牌燈，汽車照明對車輛功能、風格、安全性和舒適性都至關重要。每輛車的具體要求不同，造型各有不同且很復雜，外加各地法規也不同，車輛照明系統的光學設計過程也因此極為復雜。因此，開發者們更加依賴汽車照明設計軟件來進行創新。在整個光學系統的開發過程中，高端仿真軟件起著十分重要的作用，從驗證設計可行性的光學概念到得出完整、高度精練且經過驗證的產品，開發者都通過軟件進行創建、仿真和驗證光學模型。除了獲得表征光學性能的各種測光數據外，開發者們還使用逼真的圖像來準確模擬車輛燈光在現實生活中的樣子。所有這些任務都可以在軟件中以虛擬的方式完成，從而降低建立物理原型所耗費的時間和成本。在本文中，我們將進一步介紹汽車照明的類型和功能、光學建模和仿真的重要性、車內照明和車外照明的不同規格，以及新思科技光學解決方案系列將如何有效幫助開發者。

哪些是汽車內部照明？

哪些是汽車外部照明？

當駕駛員和乘客上車后看見的車內燈光就是汽車內部照明，它通常分為以下幾類：

顯示屏和指示燈

內部功能性照明

重點照明

第一類顯示屏和指示燈讓駕駛員可以獲取各種信息，這些信息可以是儀表盤上顯示的標準信息，比如續航里程、行駛里程等，也可以是更多方面的信息，比如GPS路線導航、菜單驅動顯示屏或抬頭顯示器（HUD）。

▲在LightTools中進行HUD仿真下一代車載顯示器可能會提供一種可由駕駛員自定義的全數字駕駛艙體驗。顯示屏和指示燈照明的關鍵特性是顏色、亮度和亮度均勻性。

▲數字化汽車駕駛艙

第二類是車內照明，用來為駕駛員或乘客照亮其他物體。車內照明系統通常包括座艙頂燈、鏡燈、地圖燈和閱讀燈、儲物燈等等。在設計這些燈時，關鍵考慮因素是精確的空間光強分布，既要完成特定的照明任務并達到足夠的照度和均勻性，又不會引起眩光。其次要考慮顏色，需要能同時滿足能見度和氛圍照明需求。

▲LightTools軟件中的地圖燈仿真

最后是重點照明，可以將其看作一種設計元素有助于打造個性化的汽車內部氛圍。它還能在車內光線變暗時，幫助駕駛員和乘客找到控制裝置和功能按鈕，比如電動車窗控制裝置、收音機按鈕、杯托等。與車內照明相比，重點照明通常使用較低的照度，因為其目的只是讓人看到自己，而不是照亮車內的其他物體。對于這些系統，開發者需要注意的主要因素是顏色、視覺均勻性和適當的亮度。

▲車內重點照明

汽車外部照明出現在車輛的前部、后部和側面，甚至可能延伸到車頂。開發此類照明產品是為了滿足幾個關鍵的安全目標，具體包括在弱光線和夜間駕駛條件下照亮道路，幫助駕駛員識別障礙物和交通標志；優化車輛對其他駕駛員和行人的能見度；以及向其他駕駛員傳達要轉彎或減速的意圖。除了功能方面，車外照明已發展成為不可或缺的造型和汽車品牌元素。

車頭照明

車頭外部照明簡稱為車頭照明，包括近光前照燈（近光燈）、遠光前照燈（遠光燈）和前霧燈。這些燈的功能是讓車輛能夠在夜間和能見度低的條件下安全駕駛。它們照亮前方道路，為駕駛員提供足夠的能見度。

▲LucidShape CAA V5 Based軟件中的Acura ILX前照燈模型

近光燈可以照亮道路和左右兩側的物體，對于正常交通中的夜間駕駛很有用。它們在光束分布中使用了截止線，可防止其他駕駛員眩光。

▲LucidShape軟件中的駕駛員視野仿真，其中顯示了近光燈的道路照明效果

遠光燈為前大燈功能提供了最大的照射范圍，可在夜間創造最佳的駕駛員視野，這是安全駕駛車輛所必需的，尤其是在高速行駛時。為此，遠光燈不使用截止線。

▲LucidShape軟件中的司機視野仿真，其中顯示了遠光燈的道路照明效果

由于遠光燈會對其他駕駛員造成明顯的眩光，因此必須根據交通狀況在必要時關閉遠光燈。因此，自適應遠光燈系統（ADB）或像素燈系統作為一種自動化解決方案，正變得越來越受歡迎。這些先進的前照燈系統可以根據交通情況提供道路照明，同時最大限度地減少對其他駕駛員造成的眩光。

▲LucidDrive軟件中的自適應前照燈系統仿真

信號照明

信號照明包括日間行車燈（DRL）、轉向燈和前照燈內的前位燈。在車輛后部，信號照明通常包括后位燈（尾燈）、剎車燈、后轉向燈、后霧燈和中央高位剎車燈（CHMSL）。車輛的兩側可能有側轉向燈（在擋泥板或后視鏡上）和/或邊燈。這些燈是為了發出動作信號，比如轉彎或剎車，以便其他車輛的駕駛員能夠識別您的意圖，然后做出相應的反應。信號燈的位置也有助于后方車輛駕駛員感知前方車輛的尺寸。由于日間行車燈、轉向燈和尾燈的設計具有無限的風格造型空間，因此在各種設計理念中，導光條已經在信號照明應用中得到廣泛采用。導光條的吸引力還在于其具有緊湊的外形，并且支持靈活的光源定位和整體包裝。

▲日間行車燈導光條的CAD模型

▲用于預測視覺照明外觀的導光條模型亮度仿真

光學設計和仿真軟件的進步，以及注塑模具能力的提高，使得信號燈的設計能夠體現出真正獨特的風格。

▲J.W.Speaker邁凱倫P1尾燈設計采用了LucidShape中的設計和仿真功能。照片由McLaren Technology Group提供

由于這些燈的分布，它們比車頭燈更容易滿足光度規范要求，因此信號燈提供了更多的造型機會。為了準確表現這些組件的美學效果，開發者需要使用逼真的可視化技術來仿真它們在亮燈和未亮燈時的外觀。要達到做出光學設計決策所需的逼真感，物理學仿真必不可少。當開發者能夠開發、測試和驗證精確的虛擬原型時，產品開發時間和成本就可以大大減少。

其他特殊用途汽車照明

除了車頭照明和信號照明外，汽車上還可能會有一些特殊用途燈，例如車牌燈，它讓其他駕駛員和執法人員能夠在夜間或天氣狀況導致能見度低下時很容易看清車牌。此外，車內和車外還可能會有一些標志燈，例如OEM品牌的發光徽標。車對X（V2X）照明是一種新興的照明類型，隨著自動駕駛和電動汽車的發展而越來越受歡迎。它提供了一種基于燈光的視覺通信系統，讓行人或其他駕駛員能夠了解靜音車輛或無人駕駛車輛的意圖。V2X照明功能與傳感器系統（如攝像頭、激光雷達和雷達）一樣，是目前人們研究和關注的話題。還有一些燈是民用車輛上沒有的，但對商用、政府或應急車輛來說很重要，其中包括用于危險運輸警告的黃光燈；用于消防車、警車和救護車的藍光燈；用于道路維護車輛的閃光信號燈；以及用于指示加長車輛的燈。其他類型的外部照明功能還包括迎賓燈（在有人靠近車輛時提供照明）、車門上的照地燈，以及幫助您安全走到家門口的回家照明燈。

▲LightTools軟件中的汽車內部照明仿真，包括徽標投影

開發汽車照明產品

在設計車內和車外照明產品時，開發者必須考慮很多因素。為了達到準確的仿真結果，他們需要精確的材料和介質特屬性數據，包括光散射、色散和吸收效應。為了驗證所有的光學要求，他們需要使用蒙特卡洛（Monte Carlo）光線追蹤法，來定量地預測燈具的具體光線分布。有了仿真結果后，他們需要檢查大量的指標來評估是否符合要求。考慮到分析的復雜性并且大多數產品需要多次設計迭代，開發者需要有專門的工具來提取所需的信息和進行有效評估。下圖顯示了在LucidShape CAA V5 Based中仿真的前照燈模型。LucidShape CAA V5 Based是一個專為滿足汽車照明行業需求而開發的綜合光學設計、仿真和分析平臺。

▲LucidShape CAA V5 Based軟件中的投射式近光模組仿真，其中顯示了由外透鏡和遮光板處的反射引起的雜散光路

下圖顯示了由蒙特卡洛仿真產生的近光燈光線分布的典型測試點分析。

▲在LucidShape軟件中對近光燈分布進行法規分析

汽車照明設計工具

汽車照明產品的應用范圍很廣，而開發者的設計需求取決于相關的細節。新思科技通過光學解決方案產品組合提供了一套廣泛的專業工具來滿足這些需求，其中包括LucidShape、LucidShape CAA V5 Based和LightTools軟件。 LucidShape CAA中的設計模塊簡化了設計過程，讓汽車照明開發者能夠根據照明設計條件建立具功能性的幾何形狀，并根據這些以及其他相關規范構建復雜的自由曲面。這些功能提供了打造出色光學設計所需的精細控制，展現出了非常出色的效率、光學性能和造型靈活性，以及公差穩健性。下圖顯示了其中一些設計功能：用于打造投射式近光模組的反射鏡和透鏡設計功能，以及用于創建復雜多面反射鏡光學元件的設計功能。

▲LucidShape CAA V5 Based軟件中投射單元和鑲嵌面反射鏡的照明仿真

LucidShape CAA還具有可視化模塊，讓汽車照明開發者可以在整個產品開發過程中創建符合物理規律的逼真照片，從而準確預測照明系統在人眼中的感知情況。在開發過程的早期，開發者可以利用逼真的圖像來評估設計或材料替代方案以及它們是否符合造型目標。在設計概念選定后，它們將為光學開發者提供有價值的反饋，方便開發者改進設計來滿足所有要求，而符合物理規律的圖像則有助于進行針對性的設計修改。在設計確定之前，產品團隊可以和管理團隊、客戶以及其他利益相關者一起對設計進行審核，確保每個人都對產品的外觀感到滿意，并為最終產品設定明確的預期。

▲Acura ILX的前照燈CAD模型（左）和日間行車燈及轉向燈打開后的前照燈逼真仿真（右）

▲Acura ILX的前照燈逼真仿真，包括車輛前部（左）和尾燈（右）的直觀顯示部分

▲Acura ILX的整車逼真仿真

LucidShape CAA還提供了一個導光條設計模塊，方便進行日間行車燈、轉向燈和尾燈等應用的汽車導光條設計；借助此工具，您可以創建和優化導光條系統，從而實現一致的外觀并達到相關法規要求。該導光條設計工具可以大大縮短開發導光條所需的時間，因為高度重復的導光條幾何形狀手動調整工作通過優化算法實現了自動化，并且相對于專家手動創建設計，這樣可以實現更優的光學設計。

▲使用LucidShape CAA導光條設計模塊創建的日間行車燈導光條模型